Endüstriyel Kameraların ve VeriSens Görüntü Sensörlerinin Termal Bağlantısı [AN201806]
Baumer endüstriyel kameraları ve VeriSens görüntü sensörleri
Bu belge, Baumer endüstriyel kameralarının (bundan sonra kameralar olarak anılacaktır) ve görüntü sensörlerinin veri sayfalarında neden çevre sıcaklığı yerine gövde sıcaklığının belirtildiğini açıklar. Ayrıca, en iyi ısı dağılımı için kamera tutucu tasarımıyla ilgili önerilerde bulunuyoruz.
Arka Plan Bilgisi
Görüntü işleme uygulamalarında tekrarlanabilir görüntü kalitesi ve yüksek tekrarlama doğruluğu çok önemlidir. Bu nedenle, Baumer dijital endüstriyel kameraları ve görüntü sensörleri, güvenilir 24/7 çalışmaya uygun olarak tasarlanmıştır.
Belirtilen kaliteyi sağlamak, tekrarlanabilir sonuçlar üretmek ve kusursuz sistem çalışmasını sürdürmek birçok faktöre bağlıdır. Bu faktörlerden biri oldukça baskındır: Çalışma Sıcaklığı.
Yaygın yanlış kanının aksine, çalışma sıcaklığı çevresel ya da montaj sıcaklığı anlamına gelmez. Bunun yerine, kamera gövdesi üzerindeki belirli bir ölçüm noktasındaki sıcaklığı ifade eder. Peki, neden böyle?
Veri Sayfalarındaki Sıcaklık Spesifikasyonları
Depolama Sıcaklığı
Elektronik cihazlar için de geçerli olduğu gibi, sıcaklık spesifikasyonları cihazın içindeki sıcaklığa atıfta bulunur. İlgili bileşen spesifikasyonlarına bakıldığında, maksimum sınırın belirlenmesinin kolay olduğu düşünülebilir.
Çalışma Sıcaklığı
Ancak, görüntü işleme söz konusu olduğunda durum farklıdır. Çok sayıda parametre, bileşen düzenlemeleri ve çevresel koşullar, bileşenlerin çekirdek sıcaklığına dayalı olarak maksimum çevresel sıcaklık hakkında bir sonuca varmayı zorlaştırır.
Çekirdek sıcaklığı, güç tüketimi, termal bağlantı ve bileşen etkileşimine bağlıdır. Çalışma modu ve yük, sensör, FPGA, arayüz çip modülleri gibi bileşenlerin güç tüketimini etkiler ve bu da farklı çekirdek sıcaklıklarına yol açar.
Güvenilir bir çalışma, elektronik bileşenlere uygulanan termal stresin maksimum sınırını gözlemlemeyi gerektirir. Geliştirme sırasında yapılan sıcaklık testleri, kamera gövdesindeki belirli bir ölçüm noktasında maksimum sınırı belirler.
Dış ve iç yüzey arasındaki sıcaklık gradyanı bilinir – en azından cihazı herhangi bir termal bağlantı veya sıcaklıkla ilgili önlemler olmadan, yani “en kötü senaryo” koşullarında çalıştırırken.
Daha önce belirtildiği ve şekilde gösterildiği gibi, ne gövdenin dış yüzeyindeki sıcaklık ölçüm noktası ile çevresel sıcaklık arasında ne de bileşen çekirdek sıcaklığı ile çevresel sıcaklık arasında herhangi bir sonuç çıkarılamaz.
Bu durum, kamera veya görüntü sensörünün doğrudan çevresi ile ilgili birçok bilinmeyenden kaynaklanır:
- Montaj yapılan bileşenin termal kütlesi nedir?
- Montajın ısı kapasitesi nedir?
- Montajın termal olarak stabilize olması ne kadar sürer?
- Bileşen nasıl monte edilmiştir?
- Tutucunun geometrisi nedir?
- Hangi malzemeden yapılmıştır?
- Çevrede herhangi bir havalandırma var mı?
Kameralar ve Görüntü Sensörlerinde Isı Dağılımı
Cihazda üretilen ısı, her yöne yayılır. Isı iletimi, sistemin diğer bileşenleriyle temas halinde olan yüzeylerde gerçekleşir. Geri kalan yüzeylerde ise ısı, kameradan radyasyon ve konveksiyon yoluyla dağıtılır (bkz. Şekil).
Lens ve kablolar, ısının bir kısmını emer, ancak ısının büyük bir kısmı kamera montajı aracılığıyla taşınır.
Termal Bağlantı
Tasarım aşamasındaki sıcaklık testleri, termal bağlantı olmaksızın gerçekleştirilir. Bu tür “en kötü senaryo” durumları, gerçek montaj veya çalışma koşullarını temsil etmez.
Şekil, kameranın (1) ve optiğin (4), arada kamera tutucu (2) bulunan metal bir temas yüzeyine (3) monte edildiğini göstermektedir.
Üretilen ısının büyük bir kısmı cihaz tutucusu aracılığıyla dağıtıldığından, bu tutucu termal bağlantının merkezi öğesidir.
Kamera Tutucuları için Tasarım Önerileri
Malzeme
Yüksek iletken malzeme idealdir, düşük iletken malzeme ise ısı dağılımını engeller.
Not
İyi iletken bir malzeme seçin, örneğin alüminyum, bakır veya pirinç. Yalıtkan malzeme kullanmayın!
Tasarım Geometrisi
Gerçek malzemenin yanı sıra, kamera montajının tasarım geometrisi de ısı dağılımını önemli ölçüde etkiler. Malzemenin termal iletkenliğinin yanı sıra, kamera, tutucu ve montajın temas yüzeyleri, termal direnci ve dolayısıyla ısı dağılımını doğrudan etkiler.
Malzeme Kalınlığı
İyi Termal İletkenliğe Sahip Yüzeyler
İnce malzemeler ısıyı çok iyi ilettiği için, kamera tutucusu ile montaj arasındaki iletim yolunu en aza indirmek amacıyla tutucu mümkün olduğunca ince olmalıdır.
Yalıtkan Yüzeye Sahip Kurulumlar ve Makineler (örneğin, plastik)
Bu durumlarda, kamera tutucuları bir tampon etkisi göstererek ısı dağılımını iyileştirebilir:
- Belirli bir miktarda ısıyı emip kısa süreliğine tutarak,
- Kameranın yüzeyinden daha büyük, zayıf ısı ileten bir yüzey aracılığıyla ısıyı dağıtarak.
Ekstra soğutma önerilir, örneğin aktif soğutma elemanları veya havalandırma ile.
Uzunluk
Yüksek İletken Yüzeylerde Termal Bağlantı
Kamera ile montaj arasındaki iletken yolu mümkün olduğunca kısa tutmak için kısa bir tutucu tasarımı sağlayın.
Düşük İletken Yüzeylerde Termal Bağlantı (örneğin, plastik)
Bu durumlarda, kamera tutucuları ısı dağılımını şu şekilde iyileştirebilir:
- Belirli bir miktarda ısıyı emip kısa süreliğine tutarak,
- Daha büyük bir yüzey aracılığıyla ısıyı dağıtarak.
Ekstra soğutma önerilir, örneğin aktif soğutma elemanları veya havalandırma ile.
Temas Yüzeyi
Kamera tutucu tasarımı, kamera, tutucu ve montaj arasında yeterince büyük temas yüzeyleri sağlamalıdır. Kamera, bir yan yüzeye tamamen oturmalıdır.
